IUP Ingénierie de la Santé Écotoxicologie – Pollution des sols M1 MSSET Cours Magistraux Écotoxicologie – Pollution des sols Erwan Stéphan-Blanchard

PLAN DU COURS Chapitre 1 LE SOL : DEFINITION ET COMPOSITION Chapitre 2 IMPORTANCE, ROLE ET FONCTIONS DU SOL Chapitre 3 POLLUTION DU SOL 1. Polluants présents dans le sol 2. Pollution d’origine agricole 2.1. Les fertilisants (engrais) 2.2. Pollution des sols par les pesticides 3. Pollution aux métaux lourds (industrielle) 3.1. Généralités sur les métaux lourds 3.2. Le mercure 3.3. Le plomb 3.4. Le cadmium

Chapitre 1 LE SOL : DEFINITION ET COMPOSITION Lithosphère = couche de Terre de 10 km d’épaisseur Couche supérieure de la lithosphère = pédosphère = sol qqes cm  qqes m Pédologie = sciences des sols (propriétés physiques et chimiques) Sol = milieu complexe, hétérogène = composés organiques + minéraux minéralisation Composés inorganiques Matière organique μ-organismes Humus => formation sol

Chapitre 1 LE SOL : DEFINITION ET COMPOSITION - Composés inorganiques - minéraux : silicates, Ca2+, Mg2+, K+… - substances nutritives : nitrates, phosphates… - MO morte, décomposée - Organismes - Air (25%) - Eau (25%) - Si +30% de MO  tourbière O2➘ profondeur - couches supérieures : aérobies - couches profondes : anaérobies

Chapitre 2 IMPORTANCE, ROLE ET FONCTIONS DU SOL - Base de la végétation - Réservoir de substances nutritives - Filtre = Régularisation de l’écoulement, infiltration des eaux de pluie - Habitat, industrie, agriculture  pollutions - Réservoir, stockage, tampon et transformation des polluants Plantes Pertes/arrivée 3 groupes de polluants nuisibles pour les sol: Acides (SO2, NOx) : ➘ pouvoir tampon + ➚ acidification Métaux lourds : pas de dégradation  accumulation Produits chimiques organiques (Chlore) : lente dégradation

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL - campagne +++ - ➚ technique agricole moderne (engrais) - retombées atmosphériques (métaux lourds: Pb, Hg) - déversements industriels

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants présents dans le sol - Directement nuisibles pour les plantes (+ animaux / hommes) - Lessivage  nappe phréatique, eaux de surface  pollution aquatique

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants présents dans le sol Devenir des polluants f(): dégradabilité chimique ou biologique Volatilité adsorption Apport > disparition  accumulation  inhibition des phénomènes naturels

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants présents dans le sol Arrivée: air (déposition sèche) précipitations (déposition humide)  composés acides, métaux lourds Inondations alimentation des sols avec eaux polluées, rejets communaux déchets, engrais, purin.. Contamination: Diffuses = plusieurs composés dangereux, surfaces étendues sources: - non stationnaires (voitures) - très étendue (produits agriculture) - nombreuses (véhicules, habitation) Ponctuelle = grande quantité de polluant, domaine limité

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants présents dans le sol Acidification du sol: pH  fertilité  croissance des plantes CO2 +H2O => H+ +HCO3- - Composés humiques - Engrais (sulfate d’ammonium, superphosphates)  ➘ pH - Précipitations (pluie, neige) ➘ pH

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants d’origine agricole 1. Les fertilisants (engrais) - ➚ rendement - Azote, phosphore, potassium, soufre, calcium, magnésium emportés avec la récolte

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants d’origine agricole Principaux engrais: - Nitrate d’ammonium - Nitrate de calcium - Sulfate d’ammonium - Urée - Superphosphate - Chlorure de potassium, nitrate de potassium, sylvinite - amendements calciques Conséquences : - Pollution aquatique - Contamination aliments - ➘ Stabilité des agroécosytèmes ➘ fertilité - + d’engrais = - d’humus  ➘ MO des sols

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants d’origine agricole 2. Pollution par les pesticides = substance ou préparation pour lutter contre les êtres vivants nuisibles (plantes et animaux) pour l’Homme de façon directe ou indirecte  Meilleure conservation des cultures

Organismes nuisibles à détruire Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants d’origine agricole Plusieurs groupes de pesticides: nom Organismes nuisibles à détruire Acaricides Mites Algicides Algues Bactéricides Bactéries Fongicides Champignons Herbicides Mauvaises herbes Insecticides Insectes Nématocides Nématodes Rodenticides rongeurs Moins grande quantité que les engrais : 0,1 à 2 kg/ha herbicides 10-500 kg/ha fongicides

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants d’origine agricole Propriétés souhaitées et effets indésirables:

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants d’origine agricole Cas des insecticides 3 groupes - Substances minérales - Origine végétale - Produits organiques de synthèse (+++) - organochlorés - esters phosphoriques - carbamates Toxiques par: - Contact (+++) - ingestion - inhalation Spectre de toxicité étendue (anx et vgtx) : pas de spécificité Surcharge volontaire Ttt d’assurance Persistance dans le sol : mois  années ex: DDT ½ vie :10 ans dieldrine ½ vie: 20 ans

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants d’origine agricole Exemple du DDT = 1,1,1 trichloro-2,2 bis (4chlorophenyl)-thane 1er insecticide de synthèse: + vendu, + répandu Contamination: - ingestion Contact Insoluble dans l’eau Utilisations répétées  résistance des insectes ➚ quantités Persistance : ubiquitaire  neige antarctique Facteur de bioaccumulation (FBC = 10000) tissus graisseux (Homme animal) Interdiction en France (1972) 1980: 96 000 Tonnes (Tiers monde +++) 2000: 300 000 tonnes accumulées dans le monde et le sol

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants d’origine agricole Effets sur les espèces et les biocoenoses

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants d’origine agricole Effets démo-écologiques = ➘ population animale ou végétale - toxicité aiguë - toxicité différée, chronique : chaîne alimentaire ➘ potentiel biotique : ➘ coefficient de natalité  stérilisation de la population ➚ mortalité Ex: Insecticides organophosphorés  intoxication aiguë : phosphoamidon, fourmi de feu Herbicides - dérivés de l’acide phénoxyacétique (2,4 D et 2,4,5 T) - Prop tératogènes (dioxine+2,4,5T) Fongicides - raréfaction des lombrics - bouillie bordelaise des vergers - contre l’agent de la tavelure - le captane (7) - Le thiabenzadole (26) - Méthylthiophanate (36) - Benomyl (39) ➚ qté de litière ➘ enfouissement

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Polluants d’origine agricole Effets biocénotiques = actions + ou – complexes non limitées aux espèces sensibles aux pesticides ➘ nourriture ou hôte Pullulation d’espèces (disparition espèces concurrentes, prédateurs, parasites)  rupture d’équilibre biologique Modification couvert végétal (plantes adventices) ➘ densité des biocénoses (2,4,5 T) Succession : ex : incendie  état initial, plantes pionnières Rq : graines enrobées (aldine, dieldrine, heptachlore, lindane + fongicide)  avifaune menacé

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Pollutions aux métaux lourds (industrielle) 1. Généralités sur les métaux lourds Origine diffuse : - pollution atmosphérique - usage combustibles fossiles - activités minières, métallurgiques, chimiques - Décharges - Epandage des boues d’épuration, composts contaminés - 2,1 milliards de tonnes de déchets industriels - 338 millions de tonnes de déchets chimiques dangereux - ➚ 50% entre 1980 et 1990

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Pollutions aux métaux lourds (industrielle) Définitions, importance: Métaux lourds : densité > 5g/cm3 - Air, eau, sol - Combustion pétrole, charbon, bois  air  sol eau - Essentiel ou Toxique

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Pollutions aux métaux lourds (industrielle) Réactions: - Si manque élément essentiel  fonction inhibée => symptôme de manque - Si [ ] élevée  effet toxique

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Pollutions aux métaux lourds (industrielle) Différentes formes Ions Complexes organiques ou inorganiques Solution Adsorbés Persistance +++ - pas de dégradation biologique ou chimique - transport longue distance - peu de transformation - auto-épuration impossible  accumulation - accumulation chaîne alimentaire Sources: - Centrales thermiques - unités de l’industrie (sidérurgie, combustion des déchets) - automobiles - engrais minéraux Régions industrielles (100) > urbaines (10) > rurales (1)

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Pollutions aux métaux lourds (industrielle) Quantité f() de la qualité des sols: - Sols légers  peu d’argile, peu d’humus  faible adsorption  PEU POLLUES - Sols lourds  substances argileuses  ➚ adsorption, tampon  TRES POLLUES ➚ métaux lourds dans sol  ➚ dans les plantes [métaux] plantes F = facteur de transfert = [métaux] sol

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Pollutions aux métaux lourds (industrielle) 2. Le mercure Propriétés: - Densité = 13,59 g/cm3 - Liquide à T° ambiante (25°C) / T°fusion = -39°C - Alliages : amalgames / Cinabre rouge: HgS: HgS + O2 => Hg + SO2 Sources: - Utilisation industrielle: - métallique : électrochimie, soins dentaires - organique : fongicides, peinture à propriétés algicides (bateaux) - inorganique: catalyseurs - Source naturelle : érosion, effritement des roches - Activité humaine : combustion du charbon 6 – 60 T/an Ecotoxicologie Empêche l’activité de certaines enzymes Dégradation cellulaire - Homme (travail) - Ecosystème aquatique - Facteur de bioaccumulation dans le sol = 2-3

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Pollutions aux métaux lourds (industrielle) 3. Le plomb Propriétés : - Densité = 11,34 g/cm3 - T° ambiante : état liquide / Point de fusion = 327°C Sources et utilisation: - Munitions, gaines de câbles, métal d’imprimerie, étain de soudure, anti-corrosion = minium - Automobile ++ : alkylPb = antidétonant  1kg/an par auto - Précipitations : 5 à 120 mg/m2 - 1990: ➘ émissions de Pb ↔ ➘ de la part du trafic auto (1990: 4576 T  1997: 1296 T) - 2000: vente interdite d’essence avec plomb remplacé par le t-butylméthyéther (MTBE) Écotoxicologie: - Absorbée par stomates des feuilles / racines - Bloque la synthèse de chlorophylle - Entrée avec les boues d’épuration (engrais) réglementée à 0,5 mg/L - Homme: système respiratoire, et alimentation sang: limite 30-40 µg/100mL pour un adulte et 7 µg/100mL pour un enfant

Chapitre 3 POLLUTION DU SOL Pollutions aux métaux lourds (industrielle) 4. Le Cadmium Propriétés: - d= 8.65g/cm3 - relativement mou et déformable - Point de fusion = 321°C Sources et utilisation: - Piles (Ni-Cd), protection du fer, alliages, pigments de peintures, stabilisateurs de PVC - Usines de traitements et incérations de déchets  atmosphère - Engrais (superphosphates) et boue d’épuration - Précipitations : chéneaux zingués Ecotoxicologie: - pas un élément essentiel - accumulation chaîne alimentaire - Cancérogène de type 2 : chlorure, oxyde sulfate ou chromate de cadmium - Cancérogène de type 3: sulfure de cadmium 8000 T/an (5-10% naturel)